1.1.4. Термоелектричні термометри.
Комплект термоелектричного термометраскладається з термоелектричного перетворювача, вимірювального приладу та сполучних проводів.
Перетворювач термоелектричний (рис.1.5) є первинним перетворювачем (чутливим елементом) термоелектричного термометра. Він складається з двох різнорідних провідників - електродів А та В, з'єднаних між собою. Місце з'єднання електродів, що нагрівається до температури t (температурою середовища), називається робочим (гарячим спаєм), а до постійної температури t0 - вільним (холодним). Дія перетворювача заснована на термоелектричному ефекті, що полягає в тому, що в замкненому ланцюгу з двох або декількох різнорідних провідників виникає термоелектрорушійна сила (термо-ЕРС), якщо спаї провідників мають різну температуру. Отже, термо-ЕРС, що розвивається перетворювачем, залежить від температури t робочого спаю, так і від температури t0 холодного спаю. Якщо температура холодного спаю підтримується постійною, то термо-ЕРС залежить лише від ступеня нагрівання гарячого спаю t. Вимірюючи цю термо-ЕРС, можна визначити потрібну температуру.
Рис.1.5. Термоелектричний ланцюг.
Термоперетворювачі виготовляють із чистих металів і сплавів, що володіють сталістю та гарною відтворюваністю термоелектричних властивостей. Для виготовлення позитивного електрода найчастіше використовують платинородію, хромель, а негативного - алюмель, копель та ін.
У технічних термометрах створювана термо-ЕРС не перевищує 8 мВ на кожні 100 °С; при вимірі високих температур вона перевищує 70 мкВ.
Відповідно до ГОСТ 6616-94 допускається застосування стандартних термоелектричних перетворювачів п'яти типів (табл.1.1).
Умовне позначення градуювання
Діапазон виміру температур, °С
Ізольовані термоелектроди поміщають у захисний чохол із газонепроникних матеріалів (сталь, порцеляна та ін.), що витримують високі температури.
На рис.1.6а показано загальний вигляд термоелектричного термометра. Термоелектроди поміщені в сталевий чохол 8 з насадженим на нього фланцем 9 зі стопорним гвинтом. Робочий кінець чутливого елемента 12 (рис.1.6б) розташований у фарфоровому стаканчику 11 або приварюється до дна чохла. Обидва електроди ізольовані фарфоровими намистами 10. Головка термоелектричного термометра складається з корпусу 7, кришки 3, 5 штуцера для виведення проводів. Кришка прикріплюється до голівки ланцюжком 1. Усередині головки розташована порцелянова колодка 6 з двома рухомими затискачами 4, що мають дві пари гвинтів 2 для закріплення термопроводів та сполучних проводів.
Температура головки термометра під дією навколишнього середовища може змінюватися, внаслідок чого порушується сталість температури холодних спаїв, що викликає похибку вимірювання. Усунення впливу температури навколишнього середовища на величину термо-ЕРС досягають шляхом використання термоелектродних проводів, які розвивають при температурах не більше 100-150 ° С термо-ЕРС, рівну термо-ЕРС перетворювача. При нарощуванні перетворювача термоелектродними проводами холодні спаї віддаляються від середовища зі змінною температурою в зону з постійною температурою, де може перебувати нульовий (крижаний) або інший термостат (ТС).
а -загальний вигляд; б – робочий кінець чутливого елемента.
Мал. 3-6. Термоелектричний термометр.
Як вторинні прилади для вимірювання термо-ЕРС в комплектах термоелектричних термометрів застосовують мілівольтметри і потенціометри.
Міллівольтметр є приладоммагнітоелектричної системи. Принцип його роботи заснований на взаємодії магнітного поля постійного магніту з магнітним полем, утвореним провідником, яким протікає електричний струм, що вимірюється. Міллівольтметр складається з постійного магніту 4 (рис.1.7) з полюсними наконечниками, круглого нерухомого сердечника 3, розташованого між полюсами магніту з зазором, в якому може повертатися рухома рамка /. Рамка виготовляється з мідного або алюмінієвого дроту і зміцнюється по центру осердя на кернах, що охоплюється, або підвішується на металевих підвісках. Стрілка 2, кінець якої переміщається вздовж шкали 6 жорстко з'єднана з рухомою рамкою. Вантажіки 5 служать для балансування рухомої системи. Електричний ланцюг, в якому проводиться вимірювання термо-ЕРС, підключається до рамки через спіральні пружини (на схемі не показано), з'єднані одним кінцем з рамкою, а іншим з нерухомими деталями приладу. Струм, протікаючи через рамку, викликає крутний момент. У цьому кут повороту рамки залежить від величини струму. Мілівольтметр може бути відградуйований у градусах температури або в мілівольтах. На шкалі технічного приладу вказується градуювання термоелектричного перетворювача для роботи з яким він призначений.
Мілівольтметри випускаються рівних модифікацій: переносні; стаціонарні, що показують; стаціонарні, що показують і сигналізують, що показують і позиційно регулюють вузькопрофільні зі світловим покажчиком; самопишучі для вимірювання та запису температури в одній або кількох точках на одній діаграмній стрічці.
Рис.1.7. Схема магнітоелектричного мілівольтметра.
Точність показань термоелектричного термометра залежить від способів встановлення. При монтажі термометратрубопроводах робочий кінець його розташовують у центрі потоку (на осі трубопроводу). У трубопроводах малого діаметра термометр встановлюють похило, кінцем назустріч потоку. Якщо температура вимірюваного середовища перевищує 800°С, то термометр мають вертикально, що помітно зменшує деформацію його захисного чохла під дією високих температур. Місця кріплення термометрів до огороджувальних стоків повинні бути надійно ущільнені, оскільки присоси холодного повітря або прориви нагрітих газів назовні можуть призвести до неправильних показань та пошкодження захисного чохла та головки термометра.
Рис.1.8. Монтаж термоелектричного термометра у цегляній кладці.
Установка термоелектричного термометра в цегляній кладці показано на рис.1.8. Труба 6, що зашпаровується в кладку, має три ребра 7, які оберігають її від прокручування та осьового зміщення. Термометр / зі стопорним гвинтом 3 укріплений на фланцях 4, між якими знаходиться азбестова прокладка 5. Вільні щілини ущільнені набиванням 2. Глибина занурення термометра регулюється гвинтом 3. При монтажі термометра на металевій стінці труба з фланцем приварюється до цієї стінки.